DE102008056859B4 - Device for supplying voltage to a motor vehicle with a cooling device - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Pkw oder eines Motorrads, mit einer Mehrzahl von elektrochemischen Speicherzellen (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder Doppelschichtkondensatoren, wobei die Speicherzellen (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder Doppelschichtkondensatoren eine Mantelfläche in radialer Richtung sowie in axialer Richtung eine durch die Mantelfläche verbundene Grund- und Deckfläche mit jeweiligen Elektroden aufweisen, wobei benachbart zu der Mantelfläche zumindest einer der Speicherzellen (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder Doppelschichtkondensatoren eine Wärme leitende Kühleinrichtung angeordnet ist, die, von der zumindest einen Speicherzelle (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder dem Doppelschichtkondensator elektrisch isoliert, in thermischen Kontakt mit einem ersten Umfangsabschnitt der Mantelflächen steht und die von den Mantelflächen der zumindest einen Speicherzelle (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder des Doppelschichtkondensators zugeführte Wärmeenergie abführt, und wobei die Kühleinrichtung eine Wärme leitende Halbschale (60, 70, 80, 90) aufweist, die eine zu der Mantelfläche der zumindest einen Speicherzelle (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder dem Doppelschichtkondensator negative Oberflächengestalt aufweist und mit der Mantelfläche der zumindest einen Speicherzelle (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder des Doppelschichtkondensators in thermischen Kontakt steht, wobei die Wärme leitende Halbschale (60, 70, 80, 90) mit einer Kühlwand (10, 20, 30) der Kühleinrichtung thermisch verbunden ist, wobei die Wärme leitende Halbschale (60, 70, 80, 90) zwischen der Kühlwand (10, 20, 30) und der zumindest einen Speicherzelle (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder dem Doppelschichtkondensator angeordnet ist.Device for supplying voltage to a motor vehicle, in particular a passenger car or a motorcycle, having a plurality of electrochemical storage cells (101 to 112; 201 to 212) and/or double-layer capacitors, the storage cells (101 to 112; 201 to 212) and/or double-layer capacitors having a Lateral surface in the radial direction and in the axial direction have a base and cover surface connected by the lateral surface with respective electrodes, wherein a heat-conducting cooling device is arranged adjacent to the lateral surface of at least one of the storage cells (101 to 112; 201 to 212) and/or double-layer capacitors which, being electrically insulated from the at least one storage cell (101 to 112; 201 to 212) and/or the double-layer capacitor, is in thermal contact with a first peripheral section of the lateral surfaces and which is separated from the lateral surfaces of the at least one storage cell (101 to 112; 201 to 212) and/or the double layer capacitor dissipates supplied heat energy, and wherein the cooling device has a heat-conducting half-shell (60, 70, 80, 90) which has a surface area facing the at least one storage cell (101 to 112; 201 to 212) and/or the double-layer capacitor has a negative surface shape and is in thermal contact with the lateral surface of the at least one storage cell (101 to 112; 201 to 212) and/or the double-layer capacitor, the heat-conducting half-shell (60, 70, 80 , 90) is thermally connected to a cooling wall (10, 20, 30) of the cooling device, the heat-conducting half-shell (60, 70, 80, 90) between the cooling wall (10, 20, 30) and the at least one storage cell (101 to 112; 201 to 212) and/or the double layer capacitor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Pkw oder eines Motorrads, mit einer Mehrzahl von elektrochemischen Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren, wobei die Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren eine Mantelfläche sowie in axialer Richtung eine durch die Mantelfläche verbundene Grund- und Deckfläche mit jeweiligen Elektroden aufweisen.The invention relates to a device for supplying voltage to a motor vehicle, in particular a passenger car or a motorcycle, with a plurality of electrochemical storage cells and/or double-layer capacitors, the storage cells and/or double-layer capacitors having a lateral surface and, in the axial direction, a base and cover surface connected by the lateral surface with respective electrodes.

Elektrochemische Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren können im Betrieb erhebliche Temperaturen erreichen, so dass eine Kühlung notwendig ist. Die Kühlung der elektrochemischen Speicherzellen erfolgt von außen. Kann eine ausreichende Kühlung nicht mit hinreichender Sicherheit gewährleistet werden, so können rasch Defekte auftreten, die mit den Anforderungen an die Lebensdauer bei einer Verwendung in Automobilen wirtschaftlich nicht vereinbar sind.Electrochemical storage cells and/or double-layer capacitors can reach considerable temperatures during operation, so that cooling is necessary. The electrochemical storage cells are cooled from the outside. If adequate cooling cannot be guaranteed with sufficient certainty, defects can quickly occur which are not economically compatible with the requirements for service life when used in automobiles.

Die DE 197 50 069 A1 offenbart eine Akkumulatorenbatterie mit mehreren Rundzellen, deren Zellenwände mit einer Temperiervorrichtung in einem engen wärmeleitenden Kontakt stehen. Die Temperiervorrichtung besteht aus mindestens zwei von einem Temperiermedium durchströmten Hohlkörpern, die halbkreisförmige Ausbuchtungen aufweisen, deren Radien etwa dem der Zellen entsprechen und die so angeordnet sind, dass sie die Zellen in ihrer räumlichen Lage zueinander fixieren.the DE 197 50 069 A1 discloses an accumulator battery with several round cells, the cell walls of which are in close thermally conductive contact with a temperature control device. The temperature control device consists of at least two hollow bodies through which a temperature control medium flows, which have semicircular bulges, the radii of which correspond approximately to that of the cells and which are arranged in such a way that they fix the cells in their spatial position relative to one another.

Die DE 698 23 912 T2 offenbart eine Batterie elektrochemischer Generatoren mit zylindrischer Form, die nebeneinander angeordnet sind. Der Wärmetransport wird durch die Zirkulation eines wärmetransportierenden Fluids, im Inneren einer Umhüllung mit Doppelwand sichergestellt, wobei im Inneren der Doppelwand Vorsprünge schikaneartig angeordnet sind, um das Fluid dazu zu bringen, abwechselnd in einer Richtung und in entgegengesetzter Richtung zu zirkulieren. Die Umhüllung besteht aus zwei Halbumhüllungen, die jeweils eine thermische Steuerung für eine vertikale Säule von Generatoren sicherstellen. Jede Halbumhüllung umfasst eine Innenwand, die sich an die übereinanderliegenden, zylindrischen Abschnitte der Generatoren anschmiegt, und eine Außenwand mit der gleichen Form, die in geringem Abstand zur Innenwand gehalten wird, um einen Zirkulationsraum für das wärmetransportierende Fluid vorzusehen.the DE 698 23 912 T2 discloses a battery of electrochemical generators of cylindrical shape placed side by side. Heat transport is ensured by the circulation of a heat-transporting fluid inside a double-walled envelope, protrusions being arranged in baffles inside the double-wall to make the fluid circulate alternately in one direction and in the opposite direction. The enclosure consists of two half-enclosures, each providing thermal control for a vertical column of generators. Each semi-envelope comprises an inner wall conforming to the superimposed cylindrical portions of the generators and an outer wall of the same shape, kept a short distance from the inner wall to provide a circulation space for the heat-carrying fluid.

Die DE 100 03 740 C1 offenbart eine Batterieanordnung, deren Elektroden gleichen Typs und die entsprechenden Zellverbinder mit einem zusätzlichen Kühlkörper thermisch in Verbindung stehen.the DE 100 03 740 C1 discloses a battery arrangement whose electrodes of the same type and the corresponding cell connectors are thermally connected to an additional heat sink.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für den temporären elektromotorischen Antrieb des Kraftfahrzeugs, bereitzustellen, bei der durch eine Kühleinrichtung eine ausreichende Kühlung mit hoher Sicherheit gewährleistet werden kann.It is therefore the object of the present invention to provide a device for supplying voltage to a motor vehicle, in particular for the temporary electric motor drive of the motor vehicle, in which adequate cooling can be guaranteed with a high level of reliability by a cooling device.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.This object is achieved by a power supply device according to the features of patent claim 1 . Advantageous configurations result from the dependent patent claims.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Pkw oder eines Motorrads, mit einer Mehrzahl von elektrochemischen Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren, wobei die Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren eine Mantelfläche in radialer Richtung sowie in axialer Richtung eine durch die Mantelfläche verbundene Grund- und Deckfläche mit jeweiligen Elektroden aufweisen. Erfindungsgemäß ist benachbart zu der Mantelfläche zumindest einer der Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren eine Wärme leitende Kühleinrichtung angeordnet, die, von der zumindest einen Speicherzelle und/oder dem zumindest einen Doppelschichtkondensator elektrisch isoliert, in thermischem Kontakt mit einem ersten Umfangsabschnitt der Mantelflächen steht und die von den Mantelflächen der zumindest einen Speicherzelle und/oder Doppelschichtkondensators zugeführte Wärmeenergie abführt.The invention provides a device for supplying voltage to a motor vehicle, in particular a passenger car or a motorcycle, with a plurality of electrochemical storage cells and/or double-layer capacitors, the storage cells and/or double-layer capacitors having a lateral surface in the radial direction and a base connected by the lateral surface in the axial direction - Have and top surface with respective electrodes. According to the invention, a thermally conductive cooling device is arranged adjacent to the lateral surface of at least one of the storage cells and/or double-layer capacitors, which, electrically isolated from the at least one storage cell and/or the at least one double-layer capacitor, is in thermal contact with a first peripheral section of the lateral surfaces and which is dissipates thermal energy supplied to the lateral surfaces of the at least one storage cell and/or double-layer capacitor.

Die Kühleinrichtung weist eine Wärme leitende Halbschale auf, die eine zu der Mantelfläche der zumindest einen Speicherzelle und/oder dem Doppelschichtkondensator negative Oberflächengestalt aufweist und mit der Mantelfläche der zumindest einen Speicherzelle und/oder des Doppelschichtkondensators in thermischem Kontakt steht. Durch die negative Oberflächengestalt der Wärme leitenden Halbschale zu der Speicherzelle und/oder dem Doppelschichtkondensator ist eine hervorragende Kühlung möglich. Gleichzeitig werden die Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren durch die Gestalt der Halbschalen zusätzlich fixiert.The cooling device has a heat-conducting half-shell, which has a negative surface shape in relation to the lateral surface of the at least one storage cell and/or the double-layer capacitor and is in thermal contact with the lateral surface of the at least one storage cell and/or the double-layer capacitor. Excellent cooling is possible due to the negative surface shape of the heat-conducting half-shell in relation to the storage cell and/or the double-layer capacitor. At the same time, the storage cells and/or double-layer capacitors are additionally fixed by the shape of the half-shells.

Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Wärme leitende Halbschale mit einer Kühlwand der Kühleinrichtung thermisch verbunden ist, wobei die Wärme leitende Halbschale zwischen der Kühlwand und der zumindest einen Speicherzelle und/oder dem Doppelschichtkondensator angeordnet ist. Die Kühleinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist damit zweiteilig ausgebildet. In unmittelbarem thermischen Kontakt mit den zu kühlenden Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren stehen die Halbschalen, welche die Wärme ihrerseits an eine Kühlwand abgeben. Die zweiteilige Ausgestaltung der Kühleinrichtung ermöglicht einen konstruktiv einfachen, insbesondere modularen Aufbau, gemäß dem die Halbschalen thermisch optimiert an die Gestalt der Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren angepasst werden können. Auch die Wärmeübergabe an die Kühlwand kann optimiert und insbesondere für eine große Anzahl an Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren auf einfache Weise erfolgen.The device is characterized in that the heat-conducting half-shell is thermally connected to a cooling wall of the cooling device, the heat-conducting half-shell being arranged between the cooling wall and the at least one storage cell and/or the double-layer capacitor. The cooling device of the device according to the invention is therefore designed in two parts. The half-shells, which absorb the heat from their hand over to a cooling wall. The two-part configuration of the cooling device enables a structurally simple, in particular modular design, according to which the half-shells can be thermally optimized and adapted to the shape of the storage cells and/or double-layer capacitors. The transfer of heat to the cooling wall can also be optimized and can take place in a simple manner, in particular for a large number of storage cells and/or double-layer capacitors.

In vorteilhafter Weise kann so die Wärme unmittelbar am Entstehungsort bei einem automobilen Einsatz in radialer Richtung der Speicherzelle und/oder des Doppelschichtkondensators abgeführt werden. Der konstruktive Aufwand ist verhältnismäßig gering. Darüber hinaus zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung durch eine hohe Lebensdauer aus. Die erfindungsgemäße radiale Anordnung der Kühlvorrichtung ermöglicht insbesondere durch die große anbindbare Fläche eine gute thermische Anbindung der Speicherzelle und/oder des Doppelschichtkondensators an die Kühlvorrichtung. Darüber hinaus wird ein einfacher, modularer Aufbau ermöglicht, bei dem viele Gleichteile eingesetzt werden können.In this way, the heat can advantageously be dissipated directly at the point of origin when used in an automobile in the radial direction of the storage cell and/or the double-layer capacitor. The design effort is relatively low. In addition, the device according to the invention is characterized by a long service life. The radial arrangement of the cooling device according to the invention enables a good thermal connection of the storage cell and/or the double-layer capacitor to the cooling device, in particular due to the large connectable surface. In addition, a simple, modular structure is made possible, in which many identical parts can be used.

Bei den elektrochemischen Speicherzellen handelt es sich bevorzugt um Lithium-basierte Batteriezellen oder Nickel-Metall-Hybrid-Akkumulatoren, die sich durch eine hohe Speicherkapazität bei geringem Volumen auszeichnen. Die Speicherzellen oder Doppelschichtkondensatoren weisen jeweils einen kreisförmigen, prismatischen bzw. rechteckigen oder quadratischen, ovalen oder flachovalen Querschnitt auf. Entsprechend den Anforderungen können so Module aus mehreren Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren gebildet werden, die eine hohe Packungsdichte aufweisen.The electrochemical storage cells are preferably lithium-based battery cells or nickel-metal hybrid accumulators, which are characterized by a high storage capacity with a small volume. The memory cells or double-layer capacitors each have a circular, prismatic or rectangular or square, oval or flat-oval cross section. In accordance with the requirements, modules can thus be formed from a plurality of memory cells and/or double-layer capacitors which have a high packing density.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen jeweils zwei der Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren ein Träger aus elektrisch isolierendem Material, insbesondere PP, derart angeordnet ist, dass dieser an jeweils einen zweiten Umfangsabschnitt der Mantelfläche der zwei Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren grenzt. Der Träger kann optional aus einem Wärme leitenden Material, z.B. einem gefüllten Kunststoff, gebildet sein. Zweckmäßigerweise ist eine jeweilige Speicherzelle und/oder ein jeweiliger Doppelschichtkondensator entlang seines gesamten Umfangs entweder in Kontakt mit der Kühleinrichtung oder dem Träger. Hierdurch ergibt sich neben einer guten Kühlung der Vorteil einer mechanisch belastbaren Lagerung der Speicherzellen und/oder der Doppelschichtkondensatoren. Ist die Elastizität des Trägers einstellbar, so ist ferner ein Toleranzausgleich durch diesen gegeben.In one configuration of the invention, it is provided that a carrier made of electrically insulating material, in particular PP, is arranged between two of the memory cells and/or double-layer capacitors in each case in such a way that it borders on a second peripheral section of the lateral surface of the two memory cells and/or double-layer capacitors. The carrier may optionally be formed from a thermally conductive material such as a filled plastic. Expediently, a respective storage cell and/or a respective double-layer capacitor is in contact either with the cooling device or with the carrier along its entire circumference. In addition to good cooling, this results in the advantage of a mechanically resilient mounting of the storage cells and/or the double-layer capacitors. If the elasticity of the carrier is adjustable, this also compensates for tolerances.

Insbesondere erstreckt sich die Wärme leitende Halbschale (in axialer Richtung) über eine Länge der Mantelfläche, die mindestens der Länge eines aktiven Teils der Speicherzelle und/oder des Doppelschichtkondensators entspricht. Der aktive Teil einer Speicherzelle wird auch als Wickel oder Jelly Roll bezeichnet. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit der Kühlung weiter erhöht.In particular, the heat-conducting half-shell extends (in the axial direction) over a length of the lateral surface that corresponds at least to the length of an active part of the memory cell and/or the double-layer capacitor. The active part of a storage cell is also referred to as a roll or jelly roll. This further increases the reliability of the cooling.

Die Wärme leitende Halbschale ist (in radialer Richtung) gemäß einer weiteren Ausgestaltung über einen Umfangswinkel von bevorzugt 150° bis 180° mit einer jeweiligen Mantelfläche thermisch gekoppelt. Gemäß dieser Ausgestaltung wird eine hervorragende Fixierung der Speicherzelle und/oder des Doppelschichtkondensators bei maximierter Wärmeabfuhr gewährleistet.According to a further embodiment, the heat-conducting half-shell is thermally coupled (in the radial direction) to a respective lateral surface over a circumferential angle of preferably 150° to 180°. According to this refinement, excellent fixing of the storage cell and/or the double-layer capacitor is ensured with maximized heat dissipation.

Die Kühlwand kann insbesondere Kühlkanäle aufweisen, die von einem Wärme abführende Medium, insbesondere einem Kältemittel, wie R 134a, Kohlendioxid R 744, Wasser oder Luft, durchströmt oder umströmt werden. Hierdurch kann die Wärmeabfuhr stets in zuverlässiger und ausreichender Weise, auch bei kurzzeitigen Spitzenbelastungen der Speicherzelle, sichergestellt werden. Die Kühlkanäle können z.B. einen Kreislauf einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs eingebunden sein.The cooling wall can in particular have cooling channels through which a heat-dissipating medium, in particular a refrigerant such as R 134a, carbon dioxide R 744, water or air, flows or flows around. As a result, heat dissipation can always be ensured in a reliable and sufficient manner, even in the case of short-term peak loads on the storage cell. The cooling ducts can, for example, be integrated into a circuit of an air conditioning system in the motor vehicle.

Die Kühlwand kann ferner von einer thermischen Isolierung umschlossen sein. Beispielsweise ist die Kühlwand mit einer vorzugsweise elektrisch betriebenen Klimatisierungsvorrichtung versehen, die die Wärmeenergie abführt, die vorzugsweise nach dem Verdampfer- oder Peltier-Verfahren arbeitet. Hierdurch kann die Vorrichtung weitgehend unbeeinflusst von der Umgebungstemperatur an der konkreten Stelle im Fahrzeug, an der die erfindungsgemäße Vorrichtung angeordnet ist, mit geringem Aufwand zuverlässig gekühlt werden.The cooling wall can also be enclosed by thermal insulation. For example, the cooling wall is provided with a preferably electrically operated air conditioning device that dissipates the heat energy, which preferably works according to the evaporator or Peltier method. As a result, the device can be reliably cooled with little effort and largely unaffected by the ambient temperature at the specific location in the vehicle at which the device according to the invention is arranged.

Zweckmäßigerweise ist die Wärme leitende Halbschale und/oder die Kühlwand aus Aluminium, Kupfer, einem gefüllten Kunststoff oder einem anderen gut Wärme leitenden Material gebildet.The heat-conducting half-shell and/or the cooling wall is expediently made of aluminum, copper, a filled plastic or another material with good heat-conducting properties.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zwischen der Wärme leitenden Halbschale und den Mantelflächen der zumindest einen Speicherzelle und/oder des Doppelschichtkondensators eine Isolationsschicht angeordnet ist. Die Isolationsschicht dient dazu, eine elektrisch Isolierung der aus elektrisch leitendem Material bestehenden Halbschale zu den Mantelflächen der Speicherzelle(n) und/oder Doppelschichtkondensator(en) zu gewährleisten. Die Isolationsschicht kann z.B. aus gefülltem Silikon, einem Epoxidharz oder einem anderen Kunststoff, wie Polyurethan, Polyimid oder Polyacrylat gebildet sein. Die Materialstärke der Isolationsschicht hängt von Toleranzen der Speicherzelle und der Spannungslage der Vorrichtung ab. Zweckmäßigerweise wird die Schichtdicke zwischen 0,1 mm und 1 mm betragen. Die Wärmeleitfähigkeit beträgt typischerweise A= 0,5 bis 5 W/(K m).A further expedient configuration provides for an insulating layer to be arranged between the heat-conducting half-shell and the lateral surfaces of the at least one storage cell and/or the double-layer capacitor. The insulation layer serves to ensure electrical insulation of the half-shell made of electrically conductive material from the lateral surfaces of the memory cell(s) and/or double-layer capacitor(s). The insulating layer can be formed from filled silicone, an epoxy resin or another plastic, such as polyurethane, polyimide or polyacrylate, for example. The material thickness of the insulation layer depends on Toler ances of the memory cell and the voltage level of the device. The layer thickness will expediently be between 0.1 mm and 1 mm. The thermal conductivity is typically A= 0.5 to 5 W/(K m).

Zwischen der Wärme leitenden Halbschale und der Kühlwand ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eine Wärmeleitpaste oder -folie oder -beschichtung vorgesehen. Diese sorgt für eine definierte Wärmeübertragung. Darüber hinaus können Lufteinschlüsse an der Übergangsfläche vermieden werden, welche zu einer lokalen Überhitzung und damit eventuell zu einem Defekt der Vorrichtung führen können. Die Wärmeleitpaste oder -folie oder -beschichtung (coating) ist vorzugsweise elektrisch isolierend und gleicht zudem Fertigungstoleranzen des Abstands aus bzw. füllt Abstände auf. Hierdurch wird ein guter thermischer Kontakt auch bei üblichen Fertigungstoleranzen und bei Vibrationen erreicht. Eine Wärmeleitfolie weist bevorzugt Silikon mit Wachs und/oder Keramik als Füllstoff oder ein Gemisch verschiedener Wärme leitender Substrate auf und kann mehrlagige Beschichtungen aufweisen.According to a further advantageous embodiment, a heat-conducting paste or film or coating is provided between the heat-conducting half-shell and the cooling wall. This ensures a defined heat transfer. In addition, air inclusions at the transition surface can be avoided, which can lead to local overheating and thus possibly to a defect in the device. The thermally conductive paste or film or coating is preferably electrically insulating and also compensates for manufacturing tolerances of the distance or fills in distances. As a result, good thermal contact is achieved even with the usual manufacturing tolerances and with vibrations. A thermally conductive foil preferably has silicone with wax and/or ceramic as a filler or a mixture of different thermally conductive substrates and can have multi-layer coatings.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Träger in Bereichen, die keine Haltefunktion übernehmen, mit einer oder mehreren Aussparungen versehen ist. Die eine oder mehreren Aussparungen können zur aktiven Kühlung mit einem hier durchgeführten Kühlmedium oder zur passiven Kühlung durch Wärmekonvektion dienen. Ferner wird eine Gewichtsreduktion erzielt.In a development of the invention, it is provided that the carrier is provided with one or more recesses in areas that do not assume a holding function. The one or more recesses can be used for active cooling with a cooling medium that is passed through here or for passive cooling by thermal convection. Furthermore, a weight reduction is achieved.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Wärme leitende Halbschale zur Ausbildung definierter Wärmeübergangsflächen zu der Kühlwand im Bereich jeweils zweier übereinander angeordneter Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren eine oder mehrere Aussparungen aufweist. Neben einer Gewichtsreduktion dienen die Aussparungen im Wesentlichen dazu, die Wärmeübergangsflächen der Halbschale zu der Kühlwand derart zu optimieren, dass eine vorgegebene Kraft, mit der die Anordnung beaufschlagt werden muss, um einen bestimmten Anpressdruck zu gewährleisten und um die erforderliche Kühlung sicherzustellen, nicht überschritten wird. Je kleiner die Wärmeübergangsfläche gewählt wird, desto geringer kann die Kraft, mit der die Kühlwand gegen die Halbschale gepresst werden muss, ausgeführt werden. Die Größe der Wärmeübergangsflächen und damit die Größe der Aussparungen sind damit in Abhängigkeit einer aufzubringenden Kraft zu wählen. Zweckmäßigerweise wird die Wärmeübergangsfläche möglichst klein ausgebildet, damit die notwendige Kraft klein gehalten werden kann.Provision is also made for the heat-conducting half-shell to have one or more cutouts in order to form defined heat transfer surfaces to the cooling wall in the region of two storage cells and/or double-layer capacitors arranged one above the other. In addition to reducing weight, the recesses essentially serve to optimize the heat transfer surfaces of the half-shell to the cooling wall in such a way that a predetermined force with which the arrangement must be subjected in order to ensure a specific contact pressure and to ensure the required cooling is not exceeded . The smaller the selected heat transfer surface, the lower the force with which the cooling wall must be pressed against the half-shell. The size of the heat transfer surfaces and thus the size of the recesses are therefore to be selected as a function of a force to be applied. The heat transfer surface is expediently designed to be as small as possible so that the necessary force can be kept small.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Mehrzahl an Speicherzellen in einem Modul in Reihe und/oder parallel geschaltet sind, wobei ein Modul aus jeweils zwei benachbarten und einer Anzahl an übereinander angeordneten Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren gebildet ist, wobei ein gemeinsamer Träger und zumindest eine gemeinsame Wärme leitende Halbschale für die in Zweiergruppen übereinander angeordneten Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren vorgesehen ist.It is also provided that the plurality of memory cells in a module are connected in series and/or in parallel, with a module being formed from two adjacent memory cells and a number of memory cells arranged one above the other and/or double-layer capacitors, with a common carrier and at least one common heat-conducting half-shell is provided for the storage cells and/or double-layer capacitors arranged one above the other in groups of two.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist eine zwischen der Kühlwand und der Wärme leitenden Halbschale ausgebildete Ebene, in der der Wärmeübergang erfolgt, in Bezug auf die Schwerkraftrichtung schräg angeordnet, so dass das Modul, insbesondere die Wärme leitende Halbschale, durch die Schwerkraft an die Kühlwand gepresst wird. Durch Aufbringen einer definierten Kraft in Schwerkraftrichtung, kann damit die zwischen der Halbschale und der Kühlwand benötigte Kraft eingestellt werden. Sollte es zusätzlich erforderlich sein, kann zusätzlich eine Vorrichtung vorgesehen sein, welche die zwischen Halbschale und Kühlwand herrschende Kraft in Kraftrichtung verstärkt.According to a further embodiment, a plane formed between the cooling wall and the heat-conducting half-shell, in which the heat transfer takes place, is arranged at an angle with respect to the direction of gravity, so that the module, in particular the heat-conducting half-shell, is pressed against the cooling wall by gravity . By applying a defined force in the direction of gravity, the force required between the half-shell and the cooling wall can be set. Should it also be necessary, a device can also be provided which increases the force prevailing between the half-shell and the cooling wall in the direction of the force.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine der in den Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren jeweils angeordneten Elektroden (im sog. Wickel) aus Metall besteht und weitgehend ganzflächig mit einer Metallschicht versehen ist und die Metallelektrode oder die Metallschicht, insbesondere eine Metallfolie, über ein Anschlusselement mit einer außerhalb der Speicherzelle oder außerhalb des Doppelschichtkondensators vorgesehenen Anschlussklemme elektrisch leitend verbunden ist. Dabei ist zur weiteren Verbesserung der Kühlung vorgesehen, dass eine Wärme leitende Kühlplatte, die in thermischem Kontakt mit einer Vielzahl der Anschlussklemmen der Speicherzellen oder der Doppelschichtkondensatoren steht, die von den Metallelektroden oder den Metallschichten der Elektroden an die Anschlussklemme über das Anschlusselement zugeführte Wärmeenergie abführt. Gemäß dieser Ausgestaltung wird die radiale Kühlung der Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren durch eine axiale Kühlung unterstützt.In a further development of the invention, it is provided that at least one of the electrodes (in the so-called winding) arranged in the storage cells and/or double-layer capacitors consists of metal and is provided with a metal layer largely over the entire surface and the metal electrode or the metal layer, in particular a metal foil, is electrically conductively connected via a connection element to a connection terminal provided outside the memory cell or outside the double-layer capacitor. To further improve the cooling, it is provided that a heat-conducting cooling plate, which is in thermal contact with a large number of the connection terminals of the storage cells or the double-layer capacitors, dissipates the heat energy supplied from the metal electrodes or the metal layers of the electrodes to the connection terminal via the connection element. According to this configuration, the radial cooling of the storage cells and/or double-layer capacitors is supported by axial cooling.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert. In der einzigen Figur ist in schematischer, nicht maßstabsgerechter Darstellung ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Spannungsversorgung dargestellt.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment in the drawing. In the single FIGURE, a cross section through a power supply device according to the invention is shown in a schematic representation that is not true to scale.

Die schematisch dargestellte Vorrichtung 1 zur Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeugs umfasst beispielhaft zwei Module 100, 200. Das Speicherzellen-Modul 100 weist Speicherzellen 101 bis 112 auf, die im Ausführungsbeispiel zu jeweils sechs Speicherzellen übereinander in zwei Reihen angeordnet sind. Entsprechend hierzu weist das Speicherzellen-Modul 200 Speicherzellen 201 bis 212 auf, die zu jeweils sechs Speicherzellen übereinander in zwei Reihen angeordnet sind. Jede der bekannten Speicherzellen 101 bis 112 und 201 bis 212 weist mindestens eine in der Speicherzelle angeordnete Elektrode (nicht dargestellt) aus Metall auf, wobei diese weitgehend ganzflächig mit einer Metallschicht versehen sein kann, was aus der Figur ebenfalls nicht erkennbar ist. In bekannter Weise ist deren innen liegendes Anschlusselement (ebenfalls nicht dargestellt) mit einer außerhalb der jeweiligen Speicherzelle auf der Vorderseite versehenen Anschlussklemme bzw. mit einer außerhalb der Speicherzelle auf der Rückseite vorgesehenen Anschlussklemme elektrisch leitend verbunden. Bei der Anschlussklemme kann es sich um eine Kontaktfläche in Form eines Sockels, wie bei einem Batteriepol, der durch eine Kontaktfeder kontaktiert wird, handeln. Über die Anschlussklemmen sind die jeweiligen Speicherzellen eines Moduls 100 bzw. 200 in Reihe und/oder parallel geschaltet, so dass an (nicht dargestellten) Anschlussstiften eine Gesamtspannung des jeweiligen Moduls abgreifbar ist.The schematically illustrated device 1 for supplying power to a motor vehicle comprises two modules 100, 200, for example Memory cell module 100 has memory cells 101 to 112 which, in the exemplary embodiment, are arranged one above the other in two rows with six memory cells each. Correspondingly, the memory cell module 200 has memory cells 201 to 212, which are arranged one above the other in two rows of six memory cells each. Each of the known storage cells 101 to 112 and 201 to 212 has at least one metal electrode (not shown) arranged in the storage cell. In a known manner, its internal connection element (likewise not shown) is electrically conductively connected to a connection terminal provided outside the respective storage cell on the front or to a connection terminal provided outside the storage cell on the back. The connection terminal can be a contact surface in the form of a base, like a battery pole, which is contacted by a contact spring. The respective memory cells of a module 100 or 200 are connected in series and/or in parallel via the connection terminals, so that a total voltage of the respective module can be tapped off at connection pins (not shown).

Zwischen den zwei Speicherzellen-Reihen eines Moduls 100, 200 ist ein jeweiliger Träger 40, 50 aus elektrisch isolierendem Material angeordnet. Der Träger kann insbesondere aus Kunststoff, z.B. PP, gebildet sein. Das Kunststoffmaterial ermöglicht eine Elastizität in der Horizontalen, d.h. in einer Ebene senkrecht zur Zeichnungsebene. Der Träger 40, 50 weist in radialer Richtung eine zu den Mantelflächen der Speicherzellen negative Oberflächengestalt auf und grenzt an einen jeweiligen Umfangsabschnitt der Mantelfläche jeder Speicherzelle der zwei Speicherzellen-Reihen. Dabei beträgt der Umschließungswinkel, in dem der Träger an eine jeweilige Mantelfläche einer Speicherzelle grenzt, bevorzugt zwischen 150° und 180°. Wie aus der Figur gut zu erkennen ist, erstreckt sich der Träger 40, 50 in etwa über die gesamte Länge der sechs übereinander angeordneten Speicherzellen einer Speicherzellen-Reihe. In Bereichen, in denen der Träger 40, 50 keine Haltefunktion übernimmt, ist dieser mit Aussparungen 41 bis 45 sowie 51 bis 55 versehen. Die beispielhaft einen quadratischen Querschnitt aufweisenden Aussparungen können dahingehend optimiert sein, eine maximale Materialersparnis zu erzielen, um das Gewicht der Vorrichtung gering zu halten. Andererseits können die Aussparungen auch dazu verwendet werden, ein Kühlmedium durch diese zu leiten, um Wärme von den Speicherzellen abzuführen.A respective carrier 40, 50 made of electrically insulating material is arranged between the two rows of storage cells of a module 100, 200. The carrier can in particular be made of plastic, e.g. PP. The plastic material allows elasticity in the horizontal, i.e. in a plane perpendicular to the plane of the drawing. In the radial direction, the carrier 40, 50 has a surface shape that is negative in relation to the lateral surfaces of the storage cells and adjoins a respective peripheral section of the lateral surface of each storage cell in the two storage cell rows. In this case, the angle of enclosure at which the carrier borders a respective lateral surface of a storage cell is preferably between 150° and 180°. As can be seen clearly from the figure, the carrier 40, 50 extends approximately over the entire length of the six memory cells arranged one above the other in a memory cell row. In areas in which the carrier 40, 50 does not assume any holding function, it is provided with recesses 41 to 45 and 51 to 55. The recesses, which have a square cross section, for example, can be optimized to achieve maximum material savings in order to keep the weight of the device low. On the other hand, the recesses can also be used to conduct a cooling medium through them in order to dissipate heat from the storage cells.

Die in den Speicherzellen 101 bis 112; 201 bis 212 entstehende Wärme wird über eine Wärme leitende Kühleinrichtung abgeführt, welche benachbart zu jeweiligen Mantelflächen der Speicherzellen 101 bis 112; 201 bis 212 angeordnet ist. Die Kühleinrichtung ist zweiteilig aufgebaut und umfasst Wärme leitende Halbschalen 60, 70, 80, 90, die in radialer Richtung eine zu den Mantelflächen negative Oberflächengestalt aufweisen und mit jeweiligen Mantelflächen der Speicherzellen 101 bis 112, 202 bis 212 in thermischem Kontakt stehen. Als zweiten Teil umfasst die Kühleinrichtung Kühlwände 10, 20, 30, welche mit den Wärme leitenden Halbschalen 60, 70, 80, 90 thermisch verbunden sind. Dabei ist eine jeweilige Wärme leitende Halbschale zwischen einer Kühlwand und einer Speicherzellen-Reihe angeordnet. Die Wärme leitenden Halbschalen können aus Aluminium, Kupfer oder einem anderen gut Wärme leitenden Material, insbesondere einem Metall, gebildet sein. In entsprechender Weise kann das Material der Kühlwände 10, 20, 30 gewählt sein.The memory cells 101 to 112; 201 to 212 generated heat is dissipated via a thermally conductive cooling device which is adjacent to the respective lateral surfaces of the storage cells 101 to 112; 201 to 212 is arranged. The cooling device is constructed in two parts and includes heat-conducting half-shells 60, 70, 80, 90, which have a surface shape negative to the lateral surfaces in the radial direction and are in thermal contact with the respective lateral surfaces of the storage cells 101 to 112, 202 to 212. As a second part, the cooling device comprises cooling walls 10, 20, 30, which are thermally connected to the heat-conducting half-shells 60, 70, 80, 90. In this case, a respective heat-conducting half-shell is arranged between a cooling wall and a row of storage cells. The heat-conducting half-shells can be made of aluminum, copper or another material that conducts heat well, in particular a metal. The material of the cooling walls 10, 20, 30 can be selected in a corresponding manner.

Eine jeweilige Wärme leitende Halbschale 60, 70, 80, 90 steht aufgrund ihrer negativen Oberflächengestalt zu den Speicherzellen einer Speicherzellen-Reihe in thermischem Kontakt mit einem jeweiligen Umfangsabschnitt der Mantelflächen einer jeweiligen Speicherzelle, so dass die von den Mantelflächen der Speicherzellen zugeführte Wärmeenergie radial aus den Speicherzellen abgeführt werden kann.A respective heat-conducting half-shell 60, 70, 80, 90 is in thermal contact with a respective peripheral section of the lateral surfaces of a respective storage cell due to its negative surface shape in relation to the storage cells in a storage cell row, so that the thermal energy supplied by the lateral surfaces of the storage cells radiates from the Memory cells can be dissipated.

Eine jede der Wärme leitenden Halbschalen 60, 70, 80, 90 erstreckt sich in axialer Richtung (d.h. aus der Blattebene heraus) über eine Länge der Mantelfläche, die mindestens der Länge eines aktiven Teils der Speicherzelle 101 bis 112, 201 bis 212 entspricht. Der aktive Teil einer Speicherzelle wird auch als Wickel oder Jelly Roll bezeichnet. Vorzugsweise entspricht die Länge einer jeweiligen Wärme leitenden Halbschale der Länge der Speicherzellen, um eine optimale Wärmeabfuhr und mechanisch stabile Lagerung zu gewährleisten. Eine jeweilige Wärme leitende Halbschale ist über einen Umfangswinkel von maximal 180°, bevorzugt 150° bis 180°, mit einer jeweiligen Mantelfläche einer Speicherzelle thermisch gekoppelt. Bevorzugt ist eine jeweilige Speicherzelle über den gesamten Umfangswinkel von 360° von dem Träger und der Wärme leitenden Halbschale umschlossen.Each of the heat-conducting half-shells 60, 70, 80, 90 extends in the axial direction (i.e. out of the plane of the page) over a length of the lateral surface that corresponds at least to the length of an active part of the storage cell 101 to 112, 201 to 212. The active part of a storage cell is also referred to as a roll or jelly roll. The length of a respective heat-conducting half-shell preferably corresponds to the length of the storage cells in order to ensure optimum heat dissipation and mechanically stable storage. A respective heat-conducting half-shell is thermally coupled to a respective lateral surface of a storage cell over a circumferential angle of at most 180°, preferably 150° to 180°. A respective storage cell is preferably enclosed by the carrier and the heat-conducting half-shell over the entire circumferential angle of 360°.

Zwischen dem Mantel einer jeweiligen Speicherzelle 101 bis 112; 201 bis 212 und der betreffenden Wärme leitenden Halbschale 60, 70, 80, 90 ist eine thermisch leitende, aber elektrisch isolierende Isolationsschicht 120, 121, 220, 221 angeordnet. Durch die elektrische Isolation ist es möglich, die Mantelflächen der Speicherzellen elektrisch leitend auszuführen und mit Potential zu beaufschlagen. Die Wärme leitende Isolationsschicht kann aus einer oder mehreren übereinander angeordneten Folien gebildet sein. Als Material kann beispielsweise gefülltes Silikon, Epoxydharz oder ein anderer Kunststoff, wie Polyurethan, Polyimid, Polyacrylat oder PTFE geringer Dicke verwendet werden. Vorzugsweise werden eine oder mehrere Folien verwendet. Bei der Verwendung von zwei oder mehr übereinander angeordneten Wärmeleitfolien kann mit hoher Sicherheit ausgeschlossen werden, dass ein lokal begrenzter Materialdefekt in jeder der Wärmeleitfolien genau übereinander dem anderen Materialdefekt liegt. Hierdurch können elektrische Kurzschlüsse durch nie auszuschließende Materialdefekte wirkungsvoll verhindert werden.Between the cladding of a respective memory cell 101 to 112; 201 to 212 and the relevant heat-conducting half-shell 60, 70, 80, 90 is a thermally conducting but electrically insulating insulation layer 120, 121, 220, 221. The electrical insulation makes it possible to make the lateral surfaces of the storage cells electrically conductive and to apply potential to them. The thermally conductive insulation layer can be formed from one or more films arranged one on top of the other. As a material, for example As filled silicone, epoxy resin or other plastic such as polyurethane, polyimide, polyacrylate or PTFE of small thickness can be used. One or more foils are preferably used. When using two or more thermally conductive foils arranged one on top of the other, it can be ruled out with a high degree of certainty that a locally limited material defect in each of the thermally conductive foils lies exactly one on top of the other material defect. In this way, electrical short circuits caused by material defects, which can never be ruled out, can be effectively prevented.

Zwischen einer jeweiligen Wärme leitenden Halbschale 60, 70, 80, 90 und einer jeweils benachbarten Kühlwand 10, 20, 30 ist optional eine Wärmeleitpaste oder -folie oder - beschichtung angeordnet. Diese dient dazu, Lufteinschlüsse zwischen der Wärme leitenden Halbschale und der Kühlwand zu verhindern, da hierdurch lokale Temperaturspitzen auftreten könnten. Durch die Wärmeleitpaste oder -folie oder -beschichtung wird ein Toleranzausgleich bereitgestellt, der die Gefahr von Lufteinschlüssen zwischen einer jeweiligen Wärmehalbschale 60, 70, 80, 90 und der benachbarten Kühlwand 10, 20, 30 vermindert. Darüber hinaus kann die zur Herstellung eines gut Wärme leitenden Kontakts sowie der Vermeidung von Lufteinschlüssen notwendige Anpresskraft zwischen Wärme leitender Halbschale und Kühlwand geringer ausgeführt werden im Vergleich zu einer Anordnung, bei welcher auf die Wärmeleitpaste oder -folie oder -beschichtung verzichtet wird.A heat-conducting paste or film or coating is optionally arranged between a respective heat-conducting half-shell 60, 70, 80, 90 and a respective adjacent cooling wall 10, 20, 30. This serves to prevent air pockets between the heat-conducting half-shell and the cooling wall, as this could cause local temperature peaks. The thermally conductive paste or foil or coating compensates for tolerances, which reduces the risk of air pockets between a respective thermal half-shell 60 , 70 , 80 , 90 and the adjacent cooling wall 10 , 20 , 30 . In addition, the contact pressure between the heat-conducting half-shell and the cooling wall, which is necessary to produce a good heat-conducting contact and to avoid air pockets, can be made lower compared to an arrangement in which the heat-conducting paste or film or coating is dispensed with.

In diesem Zusammenhang ist es zur Ausbildung definierter Wärmeübergangsflächen von einer jeweiligen Wärme leitenden Halbschale 60, 70, 80, 90 zu einer benachbarten Kühlwand 10, 20, 30 zweckmäßig, wenn im Bereich jeweils zweier übereinander angeordneter Speicherzellen 101 bis 112, 201 bis 212 eine oder mehrere Aussparungen 61 bis 65, 71 bis 75, 81 bis 85, 91 bis 95 vorgesehen sind. Neben einer Materialersparnis wird hierdurch die Wärmeübergangsfläche zu einer jeweiligen Kühlwand verringert, wodurch die notwendige Anpresskraft verringert werden kann und gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit von Lufteinschlüssen vermindert wird.In this context, it is expedient to form defined heat transfer surfaces from a respective heat-conducting half-shell 60, 70, 80, 90 to an adjacent cooling wall 10, 20, 30 if in the area of two storage cells 101 to 112, 201 to 212 arranged one above the other, one or a plurality of recesses 61 to 65, 71 to 75, 81 to 85, 91 to 95 are provided. In addition to a saving in material, this reduces the heat transfer surface to a respective cooling wall, as a result of which the necessary contact pressure can be reduced and at the same time the probability of air inclusions is reduced.

Jede der Kühlwände 10, 20, 30 weist Kühlkanäle 11, 12, 21, 22, 31, 32, 33, 34 auf, die von einem Wärme abführenden Medium, insbesondere einem Kältemittel, wie R 134a, Kohlendioxid R 744, Wasser oder Luft, durchströmt oder umströmt werden. Hierdurch kann die Wärmeabfuhr stets in zuverlässiger und ausreichender Weise, auch bei kurzzeitigen Spitzenbelastungen der Speicherzelle, sichergestellt werden. Die Kühlkanäle können als Rohr oder sog. Multiporttube ausgebildet und auf eine Platte geklebt oder gelötet sein. Die Kühlwände können gegebenenfalls zusätzlich oder alternativ von einer thermischen Isolierung umschlossen sein. Hierbei können die Kühlwände mit einer elektrisch oder mechanisch betriebenen Klimatisierungsvorrichtung versehen werden, die die Wärmeenergie abführt, die vorzugsweise nach dem Verdampfer- oder Peltier-Verfahren arbeitet. Die Kühlkanäle können z.B. einen Kreislauf einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs eingebunden sein.Each of the cooling walls 10, 20, 30 has cooling channels 11, 12, 21, 22, 31, 32, 33, 34, which are fed by a heat-dissipating medium, in particular a refrigerant such as R 134a, carbon dioxide R 744, water or air, flows through or around. As a result, heat dissipation can always be ensured in a reliable and sufficient manner, even in the case of short-term peak loads on the storage cell. The cooling channels can be designed as a tube or a so-called multiport tube and glued or soldered to a plate. Optionally, the cooling walls can additionally or alternatively be surrounded by thermal insulation. In this case, the cooling walls can be provided with an electrically or mechanically operated air conditioning device which dissipates the thermal energy, which preferably works according to the evaporator or Peltier method. The cooling ducts can, for example, be integrated into a circuit of an air conditioning system in the motor vehicle.

Um einen guten mechanischen und damit thermischen Kontakt zwischen den Wärme leitenden Halbschalen 60, 70, 80, 90 und den Kühlwänden 10, 20, 30 zu erhalten, ist zumindest eine zwischen einer Kühlwand 10, 20, 30 und der zugeordneten Wärme leitenden Halbschale 60, 70, 80, 90 ausgebildete Ebene, in der der Wärmeübergang erfolgt, in Bezug auf die Schwerkraftrichtung 300 schrägt angeordnet, so dass das Modul 100, 200 durch die Schwerkraft an die betreffende Kühlwand 10, 20, 30 gepresst wird. In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zwischen der Kühlwand 30 und den Wärme leitenden Halbschalen 70, 90 gebildeten Ebenen schräg in Relation zur Schwerkraftrichtung 300 angeordnet. Die zwischen den Kühlwänden 10 bzw. 20 und den Wärme leitenden Halbschalen 60 bzw. 80 gebildeten Ebenen liegen hingegen parallel zur Schwerkraftrichtung 300. In einer Ausgestaltungsvariante könnten auch diese Ebenen die beschriebene Keilform aufweisen. Durch die Schrägung der Ebenen und die Gewichtskraft der Module 100, 200, eventuell verstärkt durch einen in der Figur nicht dargestellten Deckel auf der Oberseite der Vorrichtung, werden die Module 100, 200 an die Kühlwände 10, 20, 30 gepresst, wodurch Seitenkräfte auf das Modul 100, 200 mit den Speicherzellen 101 bis 112, 201 bis 212 resultieren. Hierdurch wird die vorher erwähnte Anpresskraft auf die Wärmeübergangsflächen von den Wärme leitenden Halbschalen 60, 70, 80, 90 zu den jeweiligen Kühlwänden 10, 20, 30 hergestellt.In order to obtain good mechanical and thus thermal contact between the heat-conducting half-shells 60, 70, 80, 90 and the cooling walls 10, 20, 30, at least one between a cooling wall 10, 20, 30 and the associated heat-conducting half-shell 60, 70, 80, 90 formed plane, in which the heat transfer takes place, arranged obliquely with respect to the direction of gravity 300, so that the module 100, 200 is pressed by gravity against the relevant cooling wall 10, 20, 30. In the exemplary embodiment illustrated in the drawing, the planes formed between the cooling wall 30 and the heat-conducting half-shells 70, 90 are arranged at an angle in relation to the direction of gravity 300. The planes formed between the cooling walls 10 and 20 and the heat-conducting half-shells 60 and 80, on the other hand, lie parallel to the direction of gravity 300. In one embodiment variant, these planes could also have the described wedge shape. Due to the inclination of the planes and the weight of the modules 100, 200, possibly reinforced by a cover on the top of the device, not shown in the figure, the modules 100, 200 are pressed against the cooling walls 10, 20, 30, which causes lateral forces on the Module 100, 200 with the memory cells 101 to 112, 201 to 212 result. As a result, the previously mentioned contact pressure on the heat transfer surfaces from the heat-conducting half-shells 60, 70, 80, 90 to the respective cooling walls 10, 20, 30 is produced.

Der nicht dargestellte Gehäusedeckel weist zweckmäßigerweise elektrische Verbinder auf, die die Module 100, 200 in Reihe und/oder parallel schalten, wenn der Gehäusedeckel die Module abdeckt und die die Reihenschaltung aufheben, wenn der Gehäusedeckel entfernt wird.The housing cover, not shown, suitably has electrical connectors which connect the modules 100, 200 in series and/or in parallel when the housing cover covers the modules and which break the series connection when the housing cover is removed.

Gemäß dem in der Figur beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Speicherzellen 101 bis 112, 201 bis 212 radial über ca. die Hälfte der Mantelfläche der Speicherzellen gekühlt. Der Wärmefluss weist hierbei folgenden Pfad auf: elektrochemisch aktiver Teil (Wickel oder Jelly Roll) - Zellhülle (Mantelfläche) - elektrisch isolierende Wärmeleitfolie - thermisch leitende Halbschale - Wärmeleitpaste - Kühlwand. Eine Kühlung über die Elektroden in axialer Richtung ist damit entbehrlich, kann jedoch zusätzlich auch vorgesehen sein.According to the exemplary embodiment described in the figure, the storage cells 101 to 112, 201 to 212 are cooled radially over approximately half of the lateral surface of the storage cells. The heat flow has the following path: electrochemically active part (coil or jelly roll) - cell shell (shell surface) - electrically insulating thermally conductive foil - thermally conductive half-shell - thermally conductive paste - cooling wall. Cooling via the electrodes in the axial direction is therefore unnecessary, but can also be provided in addition.

So kann zur weiteren Verbesserung der Kühlung z.B. vorgesehen sein, dass eine Wärme leitende Kühlplatte, die in thermischem Kontakt mit einer Vielzahl der Anschlussklemmen der Speicherzellen oder der Doppelschichtkondensatoren steht, die von den Metallelektroden oder den Metallschichten der Elektroden (in dem Wickel, auch Jelly-Roll genannt) an die Anschlussklemme über das Anschlusselement zugeführte Wärmeenergie abführt. Gemäß dieser Ausgestaltung wird die radiale Kühlung der Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren durch eine axiale Kühlung unterstützt.For example, to further improve the cooling, it can be provided that a heat-conducting cooling plate, which is in thermal contact with a large number of the connection terminals of the storage cells or the double-layer capacitors, which is covered by the metal electrodes or the metal layers of the electrodes (in the winding, also called jelly Roll called) dissipates heat energy supplied to the terminal via the connection element. According to this configuration, the radial cooling of the storage cells and/or double-layer capacitors is supported by axial cooling.

Zwischen der Kühlplatte und den Anschlussklemmen kann z.B. eine elektrisch isolierende, Wärme leitende Schicht vorgesehen sein, um die Kühlung zu verbessern, ohne dass die Gefahr von Kurzschlüssen besteht. Die Wärme leitende Schicht kann aus einer oder mehreren übereinander angeordneten Wärmeleitfolien gebildet sein, insbesondere aus Polyimid oder PTFE geringer Dicke. Bei der Verwendung von zwei oder mehr übereinander angeordneten Wärmeleitfolien kann mit hoher Sicherheit ausgeschlossen werden, dass selbst ein lokal begrenzter Materialdefekt in jeder der Wärmeleitfolien genau über dem anderen Materialdefekt liegt. Hierdurch können elektrische Kurzschlüsse durch nie auszuschließende Materialdefekte wirkungsvoll verhindert werden. Dabei kann die Wärmeleitfolie mit ihrer ersten Seite auf den Anschlussklemmen fixiert sein, vorzugsweise durch eine Klebung. Die zweite Schicht kann eine gleitende Beschichtung aufweisen, insbesondere eine PVDF- bzw. PTFE-Beschichtung. Hierdurch ist einerseits die Lage der Wärmeleitfolie örtlich fixiert und andererseits kann die Wärmeleitfolie an der thermischen Kontaktfläche zu der Kühlplatte vorbeigleiten, so dass auch bei Vibrationen bzw. Relativbewegungen zwischen der Speicherzelle oder dem Doppelschichtkondensator und der Kühlplatte keine Beschädigung der Wärmeleitfolie auftritt. Insbesondere kann die zwischen den Anschlussklemmen der Speicherzellen und der Kühlplatte vorgesehene Wärmeleitfolie unter Druck plastisch oder elastisch verformbar ausgebildet sein. Die Wärmeleitfolie ist vorzugsweise elektrisch isolierend und gleicht Fertigungstoleranzen des Abstands aus bzw. füllt Abstände auf.For example, an electrically insulating, thermally conductive layer can be provided between the cooling plate and the connection terminals in order to improve cooling without the risk of short circuits. The thermally conductive layer can be formed from one or more thermally conductive foils arranged one on top of the other, in particular made of polyimide or PTFE with a small thickness. When using two or more thermally conductive foils arranged one on top of the other, it can be ruled out with a high degree of certainty that even a locally limited material defect in each of the thermally conductive foils lies exactly above the other material defect. In this way, electrical short circuits caused by material defects, which can never be ruled out, can be effectively prevented. In this case, the first side of the thermally conductive foil can be fixed on the connection terminals, preferably by means of an adhesive bond. The second layer can have a sliding coating, in particular a PVDF or PTFE coating. As a result, on the one hand the position of the thermally conductive foil is locally fixed and on the other hand the thermally conductive foil can slide past the thermal contact surface to the cooling plate, so that the thermally conductive foil is not damaged even in the event of vibrations or relative movements between the storage cell or the double-layer capacitor and the cooling plate. In particular, the thermally conductive foil provided between the connection terminals of the storage cells and the cooling plate can be designed to be plastically or elastically deformable under pressure. The thermally conductive foil is preferably electrically insulating and compensates for manufacturing tolerances of the distance or fills in distances.

Claims (13)

Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Pkw oder eines Motorrads, mit einer Mehrzahl von elektrochemischen Speicherzellen (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder Doppelschichtkondensatoren, wobei die Speicherzellen (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder Doppelschichtkondensatoren eine Mantelfläche in radialer Richtung sowie in axialer Richtung eine durch die Mantelfläche verbundene Grund- und Deckfläche mit jeweiligen Elektroden aufweisen, wobei benachbart zu der Mantelfläche zumindest einer der Speicherzellen (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder Doppelschichtkondensatoren eine Wärme leitende Kühleinrichtung angeordnet ist, die, von der zumindest einen Speicherzelle (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder dem Doppelschichtkondensator elektrisch isoliert, in thermischen Kontakt mit einem ersten Umfangsabschnitt der Mantelflächen steht und die von den Mantelflächen der zumindest einen Speicherzelle (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder des Doppelschichtkondensators zugeführte Wärmeenergie abführt, und wobei die Kühleinrichtung eine Wärme leitende Halbschale (60, 70, 80, 90) aufweist, die eine zu der Mantelfläche der zumindest einen Speicherzelle (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder dem Doppelschichtkondensator negative Oberflächengestalt aufweist und mit der Mantelfläche der zumindest einen Speicherzelle (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder des Doppelschichtkondensators in thermischen Kontakt steht, wobei die Wärme leitende Halbschale (60, 70, 80, 90) mit einer Kühlwand (10, 20, 30) der Kühleinrichtung thermisch verbunden ist, wobei die Wärme leitende Halbschale (60, 70, 80, 90) zwischen der Kühlwand (10, 20, 30) und der zumindest einen Speicherzelle (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder dem Doppelschichtkondensator angeordnet ist.Device for supplying voltage to a motor vehicle, in particular a passenger car or a motorcycle, having a plurality of electrochemical storage cells (101 to 112; 201 to 212) and/or double-layer capacitors, the storage cells (101 to 112; 201 to 212) and/or double-layer capacitors having a Lateral surface in the radial direction and in the axial direction have a base and cover surface connected by the lateral surface with respective electrodes, wherein a heat-conducting cooling device is arranged adjacent to the lateral surface of at least one of the storage cells (101 to 112; 201 to 212) and/or double-layer capacitors which, electrically isolated from the at least one storage cell (101 to 112; 201 to 212) and/or the double-layer capacitor, is in thermal contact with a first peripheral section of the lateral surfaces and which is separated from the lateral surfaces of the at least one storage cell (101 to 112; 201 to 212) and/or the double layer capacitor dissipates supplied heat energy, and wherein the cooling device has a heat-conducting half-shell (60, 70, 80, 90) which has a surface area facing the at least one storage cell (101 to 112; 201 to 212) and/or the double-layer capacitor has a negative surface shape and is in thermal contact with the lateral surface of the at least one storage cell (101 to 112; 201 to 212) and/or the double-layer capacitor, the heat-conducting half-shell (60, 70, 80 , 90) is thermally connected to a cooling wall (10, 20, 30) of the cooling device, the heat-conducting half-shell (60, 70, 80, 90) between the cooling wall (10, 20, 30) and the at least one storage cell (101 to 112; 201 to 212) and/or the double layer capacitor. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei der Speicherzellen (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder Doppelschichtkondensatoren ein Träger (40, 50) aus elektrisch isolierendem Material, insbesondere PP, derart angeordnet ist, dass dieser an jeweils einen zweiten Umfangsabschnitt der Mantelfläche der zwei Speicherzellen (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder Doppelschichtkondensatoren grenzt.device after claim 1 , characterized in that between each two of the storage cells (101 to 112; 201 to 212) and/or double-layer capacitors a carrier (40, 50) made of electrically insulating material, in particular PP, is arranged in such a way that it is attached to a second peripheral section of the Lateral surface of the two memory cells (101 to 112; 201 to 212) and / or double-layer capacitors. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme leitende Halbschale (60, 70, 80, 90) sich über eine Länge der Mantelfläche erstreckt, die mindestens der Länge eines aktiven Teils der Speicherzelle (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder des Doppelschichtkondensators entspricht.device after claim 1 or 2 , characterized in that the heat-conducting half-shell (60, 70, 80, 90) extends over a length of the lateral surface that corresponds at least to the length of an active part of the storage cell (101 to 112; 201 to 212) and/or the double-layer capacitor . Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme leitende Halbschale (60, 70, 80, 90) über einen Umfangswinkel von bevorzugt 150° bis 180°, mit einer jeweiligen Mantelfläche thermisch gekoppelt ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-conducting half-shell (60, 70, 80, 90) is thermally coupled to a respective jacket surface over a circumferential angle of preferably 150° to 180°. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlwand (10, 20, 30) Kühlkanäle (11, 12; 21, 22; 31, 32, 33, 34) aufweist, die von einem Wärme abführenden Medium, insbesondere einem Kältemittel, wie R 134a, Kohlendioxid R 744, Wasser oder Luft, durchströmt oder umströmt werden.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling wall (10, 20, 30) has cooling channels (11, 12; 21, 22; 31, 32, 33, 34) which are fed by a heat-dissipating medium, in particular a refrigerant , such as R 134a, carbon dioxide R 744, water or air, flows through or around them. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme leitende Halbschale (60, 70, 80, 90) und/oder die Kühlwand (10, 20, 30) aus Aluminium, Kupfer, einem gefüllten Kunststoff oder einem anderen gut Wärme leitenden Material gebildet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-conducting half-shell (60, 70, 80, 90) and/or the cooling wall (10, 20, 30) are made of aluminium, copper, a filled plastic or another good heat-conducting material material is formed. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wärme leitenden Halbschale (60, 70, 80, 90) und den Mantelflächen der zumindest einen Speicherzelle (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder des Doppelschichtkondensators eine elektrische Isolationsschicht (120, 121; 220, 221) angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that an electrical insulating layer ( 120, 121; 220, 221). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wärme leitenden Halbschale (60, 70, 80, 90) und der Kühlwand (10, 20, 30) eine Wärmeleitpaste oder -folie oder -beschichtung (13, 23, 35, 36) vorgesehen ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a thermally conductive paste or foil or coating (13, 23, 35, 36) is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (40, 50) in Bereichen, die keine Haltefunktion übernehmen, mit einer oder mehreren Aussparungen (41 bis 45; 51 bis 55) versehen ist.Device according to one of claims 2 until 8th , characterized in that the carrier (40, 50) is provided with one or more recesses (41 to 45; 51 to 55) in areas that do not assume a holding function. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme leitende Halbschale (60, 70, 80, 90) zur Ausbildung definierter Wärmeübergangsflächen zu der Kühlwand (10, 20, 30) im Bereich jeweils zweier übereinander angeordneter Speicherzellen (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder Doppelschichtkondensatoren eine oder mehrere Aussparungen (61 bis 65, 71 bis 75, 81 bis 85, 91 bis 95) aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-conducting half-shell (60, 70, 80, 90) for the formation of defined heat transfer surfaces to the cooling wall (10, 20, 30) in the region of two storage cells (101 to 112) arranged one above the other; 201 to 212) and/or double-layer capacitors has one or more recesses (61 to 65, 71 to 75, 81 to 85, 91 to 95). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl an Speicherzellen (101 bis 112; 201 bis 212) in einem Modul (100, 200) in Reihe und/oder parallel geschaltet sind, wobei ein Modul (100, 200) aus jeweils zwei benachbarten und einer Anzahl an übereinander angeordneten Speicherzellen (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder Doppelschichtkondensatoren gebildet ist, wobei ein gemeinsamer Träger (40, 50) und zumindest eine gemeinsame Wärme leitende Halbschale (60, 70, 80, 90) für die in Zweiergruppen übereinander angeordneten Speicherzellen (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder Doppelschichtkondensatoren vorgesehen ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the plurality of storage cells (101 to 112; 201 to 212) are connected in series and/or in parallel in a module (100, 200), with a module (100, 200) consisting of two adjacent and a number of storage cells (101 to 112; 201 to 212) arranged one above the other and/or double-layer capacitors is formed, with a common carrier (40, 50) and at least one common heat-conducting half-shell (60, 70, 80, 90 ) is provided for the memory cells (101 to 112; 201 to 212) arranged one above the other in groups of two and/or double-layer capacitors. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zwischen der Kühlwand (10, 20, 30) und der Wärme leitenden Halbschale (60, 70, 80, 90) ausgebildete Ebene, in der der Wärmeübergang erfolgt, in Bezug auf die Schwerkraftrichtung schräg angeordnet ist, so dass das Modul (100, 200), insbesondere die Wärme leitende Halbschale (60, 70, 80, 90), durch die Schwerkraft an die Kühlwand (10, 20, 30) gepresst wird.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a plane formed between the cooling wall (10, 20, 30) and the heat-conducting half-shell (60, 70, 80, 90) in which the heat transfer takes place, with respect to the direction of gravity is arranged obliquely, so that the module (100, 200), in particular the heat-conducting half-shell (60, 70, 80, 90), is pressed against the cooling wall (10, 20, 30) by gravity. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der in den Speicherzellen (101 bis 112; 201 bis 212) und/oder Doppelschichtkondensatoren jeweils angeordneten Elektroden aus Metall besteht oder weitgehend ganzflächig mit einer Metallschicht versehen ist und die Metallelektrode oder die Metallschicht, insbesondere eine Metallfolie, über ein Anschlusselement mit einer außerhalb der Speicherzelle (101 bis 112; 201 bis 212) oder außerhalb des Doppelschichtkondensators vorgesehenen Anschlussklemme elektrisch leitend verbunden ist, wobei eine Wärme leitende Kühlplatte, die in thermischem Kontakt mit einer Vielzahl der Anschlussklemmen steht, die von den Metallelektroden oder den Metallschichten der Elektroden an die Anschlussklemme über das Anschlusselement zugeführte Wärmeenergie abführt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the electrodes arranged in the storage cells (101 to 112; 201 to 212) and/or double-layer capacitors consists of metal or is provided with a metal layer largely over the entire surface and the metal electrode or the metal layer , in particular a metal foil, is electrically conductively connected via a connection element to a connection terminal provided outside the storage cell (101 to 112; 201 to 212) or outside the double-layer capacitor, with a heat-conducting cooling plate which is in thermal contact with a large number of the connection terminals, dissipates the thermal energy supplied from the metal electrodes or the metal layers of the electrodes to the connection terminal via the connection element.
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